1933年3月，关麟征奉命率25师随17军军长徐廷瑶北上，参加长城战役。3月9日，部队开到古北口前线，占领二线阵地，因一线守阵地的东北军王以哲部张廷枢旅一触即溃，关麟征亲率一团猛烈反击日军。双方短兵相接，战斗惨烈。关麟征被枪榴弹炸伤五处，成为血人，身旁官兵十余人全部战死，关麟征仍毫不动摇，从容指挥部队英勇杀敌，终于击退了敌人占领了高地，强占潮河支流北岸高地。
第2师如期抵达通县，补充弹药粮秣后，即奉命向古北口开拔。郑洞国所率旅部为前锋。3月12日子夜，郑洞国前往军部驻地受命，军长徐庭瑶命令：“前线很紧张，第25师已经打残了，日军正向古北口增兵，现在命令你部即刻出发，务于天亮前接防第25师阵地。”
郑洞国意识到前方形势严峻，立马赶回部队，率部以强行军的速度向第25师阵地南天门疾进。时值三更，寒气逼人。凌晨四时许，郑洞国部赶到第25师阵地。此时的第25师已血战三日三夜，仅以四个步兵团独挡日军一个师团又一个骑兵旅团的兵力，毙伤敌寇两千多人，自己亦死伤四千余官兵，战斗至为惨烈。
此时古北口已陷敌手，眼下的南天门则是古北口之战的第二战场。古北口守军原为东北军112师，伤亡惨重后由**军第25师顶替。第25师伤亡惨重后，防线被迫撤至南天门。南天门北距古北口30里，地势险要。第2师接防南天门后，日军为左右国民党南京中枢的战略，进而实现控制华北的阴谋，决计首先集中兵力打击蒋介石嫡系部队第17军。除第8师团外，又调集滦东方面第6师团主力及满蒙伪军与满韩联合军第33旅，并配以空军、炮兵、坦克部队，向驻守在南天门阵地的第17军发起强大攻势，郑洞国旅部为全军前锋，防守以421高地为中心的一线阵地。
4月20日，战斗重新打响。郑洞国率部英勇反击，敌寇未能前进一步。翌晨，敌军陆空联手猛攻421高地，第2师与敌血战五昼夜，阵地虽未曾丢失，但伤亡过大。4月25日夜，第83师刘戡部接替南天门防务。血战又继续了三天。防御工事全被敌军炮火摧毁，第83师也伤亡惨重，被迫退至南天门以南600米的预备阵地，继续坚持战斗。此次**军“八昼夜的血战，敌人伤亡之大，为’九一八’以来所少有。”
第83师为第17军中装备最精良之师，全师1万多人，武器皆进口于德国，士兵都配戴德军M35钢盔，称为“德械师”，战斗力颇强。日军攻占南天门八道子楼后，将山炮等重火器搬了上去，在各高地设炮兵观察哨，对第83师的布防进行准确炮击。日军在坦克掩护下进攻，第83师虽拼死抵抗，但缺少反坦克武器，日军得手。从4月28日到5月上旬，第83师在372高地、425高地、车头峪、大小兴开岭、上堡子、笔架山、香水峪等地和日军英勇作战，伤亡惨重，刘戡甚至将卫生兵、炊事兵都组织起来投入战斗，但阵地不断被日军攻占，眼看几天前还装备精良的部队，现在损失惨重，刘戡拔枪准备自杀，被参谋长符昭骞等人夺下枪支。
第2师原本奉命开往后方整理补充，5月10日夜间行至密云，突接上峰十万火急命令，说前方军情紧急，命其立即回师增援，第2师又向南天门前线疾进。5月11日过午，郑洞国甫率第2师一部接替第83师防务阵地，日军即出动四五千兵力，在飞机大炮的掩护下猛攻过来。此时第2师后续部队尚未上来，郑洞国旅部兵力不足两千，且连夜急行军，甚为疲劳。面对强敌，郑洞国率部铁血苦战，顶住了人数、火力俱倍于自己的强虏。此后血战又坚持了三日三夜。
第17军在古北口、南天门一带，前后与日军血战达两个多月，击毙击伤日军五千余人，自己也伤亡近万人，为当时长城抗战作战时间最长。战事最为剧烈之战役。同年6月19日蒋介石日记也特别记载：“此次第二、第二十五、第八十三师等师战结果，所余官兵不过三分之一，而各团反攻时，有只余六人生还者，其余因伤自戕之官长，不可供仆数。”
长城抗战虽然暂时失败了，但**军及友军用血肉之躯挫败日寇锐气，在国人心目中筑起了一道新的长城。
塘沽停战协定
长城抗战后，南京政府持一面交涉、一面抵抗之政策，以黄**北上主持政务，何应钦以北平军分会委员长名义主持华北军事。
长城东线冷口失陷后，日军攻进长城。此时，蒋介石一心“剿共”，谋求**，派黄**负责对日交涉。黄**刚受命就在上海与日本人频繁接触，寻求妥协途径。这时何应钦、汪精卫等接连致电黄**，要他加紧和日方接洽，“寻和平途径”。黄**当即与日本武官根本博接洽。根本博表示，日本进攻不停，是因为中国军队对古北口的南天门日军阵地炮击之故。
5月13日，南天门守军受命撤至九松山一带。但日军并不以此为满足，几天间，又侵占了密云、牛栏山、平谷。滦东日军也西渡滦河，于5月16日占领唐山，并继续西犯至玉田、宝坻、三河，向平津进逼。5月24日，日军逼近顺义、通县、香河，北平处于日军三面包围之中。
5月23日，何（应钦）黄（**）联名电：“唯各部队兼月作战，将士伤亡甚多，疲敝之余，战意已不坚决……而日人复以多金资助徐燮元、孙传芳、白坚武等失意军阀，有组织华北联治政府之议。熟权利害轻重，与其放充平津，使傀儡得资以组织伪政府，陷华北于万劫不复，何若协商停战，保全华北，徐图休养生息，以固党国之根基，较为利多害少。”向国民**建议停战。
日本以侵占热河之目的业已达成，且鉴于国军之主力依然存在，尤因战场扩大，其兵力已感不足，第二步侵略计划尚待准备，遂有停战之议，并由英使出面斡旋。国民政府权衡全般情势，拟议暂时停战，特设行政院驻北平政务整理委员会，辖河北、山东、山西、察哈尔与绥远五省，以及北平、天津、青岛三特别市。任命黄郛为委员长，与日方折冲停战。5月31日，中国以北平军分会参谋长熊斌中将为代表，日本以关东军副参谋长冈村宁次少将为代表，在塘沽签立停战协议。
6月3日蒋介石在日记记：“我屈则国伸，我伸则国屈。忍辱负重，自强不息。”6月5日，蒋介石日记又记：“协定成立停战政策得告一段落，人民暂可安息；国际形势，当有进步。对内对外，得此整顿准备之余豫，其足为复兴之基乎!”为日后抗战做整顿准备。
《塘沽协定》的签订，使中国暂时失去了热河全省和冀东22个县的领土。据战后统计，中国军人死亡16725名，负伤24019名，而日军的伤亡仅2600名。中日双方伤亡的比例大大超过了1932年“一·二八”淞沪抗战。
长城抗战是1933年蒋介石指挥中国军队进行局部抗日的典型战争，蒋介石的妥协停战虽存在争议，但**军的英勇抗战却不可抹灭。
